【正文】 CRDI柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)檢修與故障分析近年來，隨著全球?qū)Ω咝А⒏团欧偶案?jīng)濟(jì)汽車日益增長的現(xiàn)實(shí)需求，柴油轎車相比太陽能、燃料電池、混合動(dòng)力車來說技術(shù)更成熟、更具推廣潛力和價(jià)值。柴油機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)都有很多突破性的發(fā)展。燃油噴射系統(tǒng)是影響燃燒過程的重要因素，高壓直噴系統(tǒng)和共軌系統(tǒng)都使燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性有很大改善。廢氣再循環(huán)和催化器改善了柴油機(jī)的各項(xiàng)排放。發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)對噴油和進(jìn)氣過程進(jìn)行綜合控制，保證發(fā)動(dòng)機(jī)能夠在保持良好的動(dòng)力性基礎(chǔ)上，燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能都能達(dá)到最優(yōu)，同時(shí)降低振動(dòng)和噪音。柴油機(jī)電控技術(shù)是在解決能源危機(jī)和排放污染兩大難題的背景下，在飛速發(fā)展的電子控制技術(shù)平臺上發(fā)展起來的。電控燃油噴射系統(tǒng)是影響缸內(nèi)燃燒過程的關(guān)鍵因素，對柴油機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能都有重要影響。要改善柴油機(jī)缸內(nèi)燃燒，燃油噴射系統(tǒng)一方面要有理想的噴射速率特性，另一方面要提高噴射壓力。因此，柴油機(jī)電控噴射系統(tǒng)逐漸發(fā)展起來。在傳統(tǒng)的噴射系統(tǒng)基礎(chǔ)上首先發(fā)展起來的電控噴射系統(tǒng)是位置控制系統(tǒng)，稱之為第一代電控噴射系統(tǒng)，而基于電磁閥的時(shí)間控制系統(tǒng)則稱為第二代電控噴射系統(tǒng)。第三代電控系統(tǒng)——高壓共軌系統(tǒng)被世界內(nèi)燃機(jī)行業(yè)公認(rèn)為20世紀(jì)三大突破之一，將成為21世紀(jì)柴油機(jī)燃油系統(tǒng)的主流。柴油機(jī)共軌式電控燃油噴射系統(tǒng)技術(shù)集計(jì)算機(jī)控制技術(shù)、現(xiàn)代傳感檢測技術(shù)和先進(jìn)的噴油結(jié)構(gòu)于一身。共軌式電控燃油噴射系統(tǒng)不再采用傳統(tǒng)的柱塞泵脈動(dòng)供油的原理，而是共軌直接或間接的形成恒定的高壓燃油，分送到每個(gè)噴油器，并借助于集成在每個(gè)噴油器上的高速電磁開關(guān)閥的開啟與閉合，定時(shí)，定量的控制噴油器噴射至最佳的燃燒比和良好的霧化，以及最佳的點(diǎn)火時(shí)間、足夠的點(diǎn)火能量和最少的污染排放。該新技術(shù)已在國外以柴油機(jī)提供動(dòng)力的汽車上投入使用。共軌式燃油噴射技術(shù)的現(xiàn)有研究結(jié)果表明噴油壓力高，燃油霧化后顆粒就越細(xì)，排放的有害氣體和顆粒就越少。展望中國柴油轎車發(fā)展之路，適度發(fā)展和推廣具有先進(jìn)技術(shù)的現(xiàn)代柴油轎車顯然有利于國家社會資源的節(jié)約，符合產(chǎn)業(yè)政策和中央政府提出的建設(shè)節(jié)約型社會的倡導(dǎo)。第1章 電控柴油機(jī)概論 一、電控柴油機(jī)簡介電子控制燃油噴射及排放的柴油機(jī)即為電控柴油機(jī)。電噴柴油噴射系統(tǒng)由傳感器、ECU和執(zhí)行機(jī)構(gòu)三部分組成。其任務(wù)是對噴油的系統(tǒng)進(jìn)行電子控制，實(shí)現(xiàn)對噴油量以及噴油定時(shí)隨運(yùn)行工況的實(shí)時(shí)控制。采用轉(zhuǎn)速、油門踏板位置、噴油時(shí)刻、進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力、燃油溫度、冷卻水溫度等傳感器，將實(shí)時(shí)檢測的參數(shù)同時(shí)輸入ECU，與儲存的設(shè)定參數(shù)值或參數(shù)圖譜進(jìn)行比較，經(jīng)過處理計(jì)算按照最佳值或計(jì)算后的目標(biāo)值把指令送到執(zhí)行器。執(zhí)行器則根據(jù)ECU發(fā)出的指令控制噴油量(供油齒條位置或電磁閥關(guān)閉持續(xù)時(shí)間)和噴油正時(shí)(正時(shí)控制閥開閉或電磁閥關(guān)閉始點(diǎn))，同時(shí)對廢氣再循環(huán)閥、預(yù)熱塞等執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，使柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)達(dá)到最佳。二、電控柴油機(jī)控制系統(tǒng)組成：（1）油門踏板位置傳感器反應(yīng)發(fā)動(dòng)機(jī)的負(fù)荷信號及怠速確認(rèn)，主控信號。（2）轉(zhuǎn)速傳感器、曲軸位置傳感器主控信號與加速踏板位置傳感器共同決定噴油量和噴油提前角。（3）著火正時(shí)傳感器 檢測燃燒室開始燃燒時(shí)刻修正噴油正時(shí)（4）冷卻液溫度傳感器 控制發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度，修正噴油量與噴油正時(shí)。（5）進(jìn)氣溫度傳感器 檢測進(jìn)氣溫度、修正噴油量與噴油正時(shí)。（6）進(jìn)氣壓力傳感器檢測進(jìn)氣壓力、修正噴油量與噴油正時(shí)。（7）燃油壓力傳感器測量燃油軌中的燃油壓力，以決定噴射壓力。該壓力測量值作為一個(gè)電信號傳送給電子控制單元，從而確定燃油噴射的周期。 1—空氣質(zhì)量流量計(jì) 2—電子控制單元 3—高壓油泵 4—高壓油軌 5—共軌壓力傳感器 6—噴油器 7—曲軸速度傳感器 8—冷卻液溫度傳感器9—帶溢流閥的燃油濾清器 10—踏板行程傳感器11—燃油箱 12—粗濾清器 13—一級輸油泵 14—低壓油管 15—高壓油管 16—限壓閥 17—回油管 18—壓力控制閥 19—不同傳感器和信號處理 20—不同執(zhí)行器 21—不同的操作和顯示儀表 22—界面或接口（8）燃油溫度傳感器測量燃油溫度，井將燃油溫度的狀態(tài)信息提供給控制單元，以便當(dāng)燃油溫度較高時(shí)，校正高壓油泵的潤滑，以保護(hù)油泵。 （9）發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火開關(guān)信號、空調(diào)信號、動(dòng)力轉(zhuǎn)向油壓開關(guān)信號、空擋起動(dòng)開關(guān)信號ECU的主要功能是根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)確定燃油最佳噴射量，以此控制發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳空燃比。此外ECU還具有控制發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳點(diǎn)火時(shí)間，怠速轉(zhuǎn)速、故障自診斷功能。 電動(dòng)調(diào)速器、溢流控制電磁鐵、電子控制正時(shí)控制閥、電子控制正時(shí)器、電磁溢流閥、高速電磁閥、電子液力控制噴油器等。三、柴油機(jī)電子控制技術(shù)的發(fā)展趨勢 為滿足排放法規(guī)的要求，柴油噴射壓力從10MPa提高到200MPa。如此高的噴射壓力可明顯改善柴油和空氣的混合質(zhì)量，縮短著火延遲期，使燃燒更迅速、更徹底，并且控制燃燒溫度，從而降低廢氣排放。 傳統(tǒng)柴油機(jī)的供油系統(tǒng)的噴射壓力與柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速負(fù)荷有關(guān)。這種特性對于低轉(zhuǎn)速、部分負(fù)荷條件下的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放 不利。若供油系統(tǒng)具有不依賴轉(zhuǎn)速和負(fù)荷的噴射壓力控制能力， 就可選擇最合適的噴射壓力使噴射持續(xù)期、著火延遲期最佳，使 柴油 機(jī)在各種工況下的廢氣排放最低而經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。 用戶對柴油機(jī)的燃油消耗率非常關(guān)注。高噴射壓力、獨(dú)立的 噴射壓力控制、小噴孔、高平均噴油壓力等措施都能降低燃油消 耗率，從而提高了柴油機(jī)的燃油使用經(jīng)濟(jì)性。 噴射正時(shí)直接影響到柴油機(jī)活塞上止點(diǎn)前噴入汽缸的油量， 決定著汽缸的峰值爆發(fā)壓力和最高溫度。高的汽缸壓力和溫度可 以改善燃油使用經(jīng)濟(jì)性，但導(dǎo)致NOX增加。而不依賴于轉(zhuǎn)速和負(fù) 荷的噴射正時(shí)控制能力，是在燃油消耗率和排放之間實(shí)現(xiàn)最佳平 衡的關(guān)鍵措施。 預(yù)噴射可以降低顆粒排放，又不增加NOX排放，還可改善柴 油機(jī)冷啟動(dòng)性能、降低冷態(tài)工況下白煙的排放，降低噪聲，改 善低速扭矩。但是預(yù)噴射量、預(yù)噴射與主噴射之間的時(shí)間間隔 在不同工況下的要求是不一樣的。因此具有可變的預(yù)噴射控制能力對柴油機(jī)的性能和排放十分有利。 供油系統(tǒng)具有高噴射壓力的能力與柴油機(jī)怠速所需要的 小油量控制能力發(fā)生矛盾。當(dāng)供油系統(tǒng)具有預(yù)噴射能力后將 會使控制小油量的能力進(jìn)一步降低。由于工程機(jī)械用柴油機(jī) 的工況很復(fù)雜，怠速工況經(jīng)常出現(xiàn)，而電噴柴油機(jī)容易實(shí)現(xiàn)最 小油量控制。 噴射結(jié)束時(shí)必須快速斷油，如果不能快速斷油，在低壓力 下噴射的柴油就會因燃燒不充分而冒黑煙，增加HC排放。電 噴柴油機(jī)噴油器上采用的高速電磁開關(guān)閥很容易實(shí)現(xiàn)快速斷油。 燃油噴射系統(tǒng)在很高的壓力下工作，既增加了驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 所需要的平均扭矩，也加大了沖擊載荷。燃油噴射系統(tǒng)對驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)平穩(wěn)加載和卸載的能力，是一種衡量噴射系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)。而電噴柴油機(jī)技術(shù)中的高壓共軌技術(shù)則大大降低了驅(qū)動(dòng)扭矩沖擊載荷。 第2章 柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)隨著柴油技術(shù)日益發(fā)展，人們越來越發(fā)現(xiàn)柴油機(jī)的無窮魅力：高扭矩、高壽命、低油耗、低排放，柴油機(jī)成為解決汽車能源問題最現(xiàn)實(shí)和最可靠的手段，只要解決缺點(diǎn)就具有更大的市場前景，而實(shí)現(xiàn)電控柴油機(jī)的方案現(xiàn)在看來是一個(gè)很好的解決措施。但一個(gè)不爭的現(xiàn)實(shí)擺在了我們面前：隨著能源危機(jī)，溫室效應(yīng)的逐漸增加，人們對動(dòng)力性要求的提高，盡管電子燃油噴射已經(jīng)被廣泛使用，僅僅靠汽油車的解決方案不足以解決這些問題。在國內(nèi)，目前采用柴油機(jī)有10余款，分別為捷達(dá)、寶來、奧迪、開迪、江淮瑞風(fēng)等5款乘用車，福田沖浪、江鈴陸風(fēng)、華泰特拉卡、上海萬豐、遼寧曙光等5款SUV。，而一汽大眾的幾款柴油乘用車均采用德國大眾與博世公司合作的柴油機(jī)。近年來，柴油機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)都有很多突破性的發(fā)展。燃油噴射系統(tǒng)是影響燃燒過程的重要因素，高壓直噴系統(tǒng)和共軌系統(tǒng)都使柴油機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能很大改善。廢氣再循環(huán)和催化器改善了柴油機(jī)的各項(xiàng)排放。發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)對噴油和進(jìn)氣過程進(jìn)行綜合控制，保證發(fā)動(dòng)機(jī)能夠在保持良好的動(dòng)力性基礎(chǔ)上，燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性能都能達(dá)到最優(yōu)，同時(shí)降低振動(dòng)和噪音。電控燃油噴射系統(tǒng)是影響缸內(nèi)燃燒過程的關(guān)鍵因素，對柴油機(jī)的動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性和排放性能都有重要影響。要改善柴油機(jī)缸內(nèi)燃燒，燃油噴射系統(tǒng)一方面要有理想的噴射速率特性，另一方面要提高噴射壓力。傳統(tǒng)的噴射系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)和原理等限制，不能同時(shí)達(dá)到這兩個(gè)要求，因此，柴油機(jī)電控噴射系統(tǒng)逐漸發(fā)展起來。最先出現(xiàn)的是電控噴油泵技術(shù)，而后又發(fā)展了電控泵噴嘴技術(shù)和高壓共軌噴射技術(shù)，后兩種技術(shù)是現(xiàn)在最主要的柴油機(jī)電控噴射技術(shù)。其中，電控泵噴嘴技術(shù)的噴油壓力非常高，可以達(dá)到 200MPa，并且泵和噴嘴裝在一起，所以只需要很短的高壓油引導(dǎo)部分，泵噴嘴系統(tǒng)也可以實(shí)現(xiàn)很小的預(yù)噴量，其噴油特性是三角形的，并采用了分段式預(yù)噴射，這是很符合柴油機(jī)的要求 (大眾公司的TDI發(fā)動(dòng)機(jī)就是使用這種技術(shù))。但電控泵噴嘴技術(shù)的噴油壓力受柴油機(jī)轉(zhuǎn)速影響，使用蓄壓系統(tǒng)的高壓共軌技術(shù)可以解決這個(gè)問題。它的噴油壓力低于泵噴嘴系統(tǒng)，能達(dá)160MPa。 當(dāng)今世界燃油經(jīng)濟(jì)性最佳的發(fā)動(dòng)機(jī)當(dāng)屬直噴式柴油機(jī)，這是由柴油和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)決定的。目前直噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)先技術(shù)主要有SDI(自然吸氣直接噴射柴油發(fā)動(dòng)機(jī))技術(shù)、TDI(直噴式渦輪增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī))技術(shù)和CRDI(電控直噴共軌柴油發(fā)動(dòng)機(jī))技術(shù)這三款技術(shù)同為德國博世公司研發(fā)，其中前兩種技術(shù)曾應(yīng)用于新捷達(dá)、新寶來和奔馳、寶馬等品牌。CRDI技術(shù)更是將燃油經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性發(fā)揮到極致。使得發(fā)動(dòng)機(jī)具備無與倫比的動(dòng)力性。目前主要的國際汽車配件供應(yīng)商都在進(jìn)行著柴油共軌噴射系統(tǒng)的開發(fā)，如：博世、德爾福、西門子、電裝公司、VDO和瑪格納馬瑞利公司，它們是全球主要的共軌噴射系統(tǒng)供應(yīng)商，而目前在國內(nèi)生產(chǎn)共軌柴油噴射系統(tǒng)的還只有博世一家。在傳統(tǒng)的噴射系統(tǒng)基礎(chǔ)上首先發(fā)展起來的電控噴射系統(tǒng)是位置控制系統(tǒng)，稱之為第一代電控噴射系統(tǒng)，而基于電磁閥的時(shí)間控制系統(tǒng)則稱為第二代電控噴射系統(tǒng)。第三代電控系統(tǒng)——高壓共軌系統(tǒng)被世界內(nèi)燃機(jī)行業(yè)公認(rèn)為20世紀(jì)三大突破之一，將成為21世紀(jì)柴油機(jī)燃油系統(tǒng)的主流。第一代柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)也稱位置控制系統(tǒng)，它用電子伺服機(jī)構(gòu)代替機(jī)械調(diào)速器控制供油滑套位置以實(shí)現(xiàn)供油量的調(diào)整。其特點(diǎn)是保留了傳統(tǒng)的噴油泵——高壓油管——噴油器系統(tǒng)，只是對齒條或滑套的運(yùn)動(dòng)位置由原來的機(jī)械調(diào)速器控制改為計(jì)算機(jī)控制(見圖21)。這類技術(shù)已發(fā)展到了可以同時(shí)控制定時(shí)和預(yù)噴射的TICS系統(tǒng)。 圖21 第一代柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)（位置控制系統(tǒng)）第二代柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)也稱時(shí)間控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)是供油仍維持傳統(tǒng)的脈動(dòng)式柱塞泵油方式，如博世公司的電控泵 噴嘴系統(tǒng)(見圖22)，但供油量和噴油定時(shí)的調(diào)節(jié)則由電腦控制的強(qiáng)力快速響應(yīng)電磁閥的開閉時(shí)刻所決定。一般情況下，電磁閥關(guān)閉時(shí)，執(zhí)行噴油，電磁閥打開時(shí)，噴油結(jié)束；噴油始點(diǎn)取決于電磁閥關(guān)閉時(shí)刻，噴油量則取決于電磁閥關(guān)閉時(shí)間的長短。時(shí)間控制系統(tǒng)的控制自由度更大。 圖22 第二代柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)(時(shí)間控制系統(tǒng))第三代也稱為直接數(shù)控系統(tǒng)，它完全脫開傳統(tǒng)的油泵分缸燃油供應(yīng)方式，通過共軌和噴油壓力/時(shí)間的綜合控制，實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜供油回路和特性(見圖23)。因柴油機(jī)的噴射系統(tǒng)形式多樣。國外柴油機(jī)的電控系統(tǒng)也型式多樣，有直列泵和分配泵的可變預(yù)行程TICS系統(tǒng)，有基于時(shí)間控制的泵噴嘴系統(tǒng)，有蓄壓共軌系統(tǒng)和高壓共軌系統(tǒng)等。各種技術(shù)方案都在原有的基礎(chǔ)上發(fā)展，但高壓共軌系統(tǒng)是總的發(fā)展方向。 圖23 高壓共軌噴油壓力控制系統(tǒng)(直接數(shù)控系統(tǒng)) 柴油機(jī)電控燃油噴射系統(tǒng)的分類及特點(diǎn)一、SDI技術(shù)SDI是英文Suction Direct Injection的縮寫，意為自然吸氣直接噴射這種柴油機(jī)采用壓縮空氣的辦法提高空氣溫度，使空氣溫度超過柴油的自燃燃點(diǎn)，這時(shí)再噴入柴油、柴油噴霧和空氣混合的同時(shí)自己點(diǎn)火燃燒因此，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)無需點(diǎn)火系同時(shí)，柴油機(jī)的供油系統(tǒng)也相對簡單，但是由于是自然吸氣，它的升功率并不是很高，轉(zhuǎn)速也無法和汽油發(fā)動(dòng)機(jī)相比。捷達(dá)SDI是國際成熟柴油動(dòng)力技術(shù)首先應(yīng)用于中國的轎車，是高使用壽命并大幅降低使用成本的轎車捷達(dá)SDI柴油轎車在燃燒過程中，柴油機(jī)的熱損耗和廢氣損耗都大大降低，熱轉(zhuǎn)化效率高出汽油發(fā)動(dòng)機(jī)15%，百公里耗油比汽油機(jī)低30%以上，，機(jī)件磨損程度大大降低，發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命高出汽油機(jī)至少200Jc，零部件損壞及更換頻率也隨之降低，同時(shí)柴油機(jī)采取直噴供油方式，維修更為簡單方便，可節(jié)約可觀的維修費(fèi)用與德國原裝進(jìn)口氧化型催化反應(yīng)器合理匹配，氮氧化合物排放比汽油機(jī)降低，且排放穩(wěn)定性明顯優(yōu)于汽油機(jī)，降低了轎車尾氣對環(huán)境的破壞，尾氣排放大大超越了中國目前環(huán)保法規(guī)的要求，達(dá)到歐III標(biāo)準(zhǔn)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的超越還給消費(fèi)者帶來了明顯的經(jīng)濟(jì)利益，消費(fèi)者可免去因環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)不斷提升而導(dǎo)致的頻繁適應(yīng)和改造，減少時(shí)間、精力和財(cái)力的不斷支出。二、TDI技術(shù)為了解決SDI的先天不足，人們在柴油機(jī)上加裝了渦輪增壓裝置，使得進(jìn)氣壓力大大增加，壓縮比一般都到10以上，這樣就可以在轉(zhuǎn)速很低的情況下達(dá)到很大的扭矩，而且由于燃燒更加充分，排放物中的有害顆粒含量也大大降低這便是TDI 。TDI是英文Turbo Direct Injection的縮寫，TDI發(fā)動(dòng)機(jī)的意思是渦輪鼓風(fēng)增壓(TURBOCHARGED)和汽缸內(nèi)直接噴注系統(tǒng)(DIRECTINJECTION)。這種技術(shù)其實(shí)早見于大型商用車私家車配備柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的問題在于其動(dòng)力輸出特性與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)不同：不能作高速行車，中段加速力度不太強(qiáng)，廢氣排放較高不過柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是燃料費(fèi)便宜和燃燒效率比汽油更高，所以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)較省油到了今天，汽車業(yè)已到大致掌握私家車柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)，既可解決柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的缺點(diǎn)，同時(shí)兼具省油、使用成本低的優(yōu)勢。,裝備了直噴式渦輪增壓柴油發(fā)動(dòng)機(jī)該發(fā)動(dòng)機(jī)采用了高壓泵噴嘴、噴嘴增壓、廢氣再循環(huán)(EGR)和雙質(zhì)量飛輪等世界最前沿的技術(shù)，使寶來TDI的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性、整車行駛的平順性、冷起動(dòng)性